基因工程的发展前景分析

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基因工程的发展前景分析

　　基因工程的发展前景

　　一、光合作用

　　1．光合作用的光反应在叶绿体的________上进行，碳反应是一系列的________反应，在________进行，二氧化碳被还原为糖的过程为________循环，此循环所需要的能量自于光反应产生的NADPH和________。

　　2．光合作用速率受温度、光强度和________浓度的影响。

　　3．C4植物与C3植物相比，最大的特点是能利用较低浓度的________。

　　二、蛋白质

　　1．蛋白质和核酸共有的化学元素是________，糖类中只含有C、H、O三种元素。蛋白质是由若干________经脱水缩合而形成的。

　　2．蛋白质是生物体性状的______________者。其合成过程可用“中心法则”，表现为：______________________________。

　　一、1. 类囊体膜酶促类囊体基质卡尔 ATP

　　2．二氧化碳 3.CO2

　　二、1.C、H、O、N 氨基酸 2.体现

　　[高考资网]

　　聚焦科技扫描知识

　　基因工程虽然取得了一定的成就，但科学是无止境的。科学家正致力于其他领域，如蛋白质工程、人类基因组科学和发育生物学、神经生物学，相信生物技术的未是美好的。

　　一、科学家在基因工程方面的最新尝试

　　1．光合作用(photosynthesis)

　　能进行光合作用的生物不一定有叶绿体，如光合细菌。

　　ks5u

　　(1)概念：植物细胞和某些细菌利用太阳能将无机物(CO2和H2O)合成有机物(C6H12O6)并释放氧气(O2)的过程。

　　(2)意义：是植物重要的生理活动，人类直接或间接地依赖于光合作用。

　　(3)提高光合作用效率的因素

　　①环境因素：光照、二氧化碳浓度、矿质元素。

　　②内在因素：叶绿体色素、酶等。

　　其中，通过基因工程可以改变酶的活性提高光合作用的效率。

　　(4)通过改变酶的活性提高光合作用效率的尝试

　　①改良二磷酸核糖羧化酶。使它的反应平衡偏向于对二氧化碳的固定(即提高其羧化酶活性，降低其加氧酶活力)，减少呼吸的浪费，增加对二氧化碳的固定速率，消除或减低光呼吸这一竞争性反应，提高农作物的产量。

　　②C3植物向C4植物的转化。将二磷酸核糖羧化酶除去或灭活，引入这种基因改造过的叶绿体，同时增加导致C4固定的酶的活性。即使C3型叶绿体与C4型叶绿体共存于一个细胞内。

　　③对光调节基因进行改造。光控制着叶绿体的发育和光合作用的许多基因，改造这些基因可提高光合作用的效率。

　　2．生物固氮(biological nitrogen fitation)

　　豆科植物本身不能固氮，而是与其共生的固氮菌具有固氮能力。

　　(1)概念：通过微生物将分子氮转化为含氮化合物的过程。

　　虽然大气中的氮气含量非常多，但植物不能直接利用分子氮，必须利用含氮化合物，而固氮微生物就能实现这一目标。

　　(2)对作物的价值和意义

　　氮是生物生长发育和光合作用(光合酶、叶绿素成分中都含有氮元素)必需的矿质元素；减少化肥的用量，降低农业生产成本，增加粮食产量和保护生态环境等。

　　(3)应用基因工程设计使非豆科植物具有固氮能力

　　(4)研究现状

　　固氮能力是由许多固氮基因共同控制的，机理复杂，因此目前还没有培育出具有固氮能力的非豆科农作物。

　　3．生物反应器(bioreactor)

　　(1)什么是生物反应器：就是用生产蛋白质药物(包括疫苗)的动植物。

　　(2)基因工程构建生物反应器的程序。

　　反应器的四大优点：①产量高，易获得目标产品； ②目标产品质量好，因为乳腺组织具有一整套全面对蛋白质进行合成和加工的能力；③产品成本低；④从奶牛中提取产品，操作简单。

　　首先获得需要生产的蛋白质药物的目的基因，然后选择合适的运载体(多以病毒)并与运载体结合形成重组DNA分子，再将重组DNA分子转入受体生物(动物或植物)内，从而得到生物反应器。

　　(3)实例：动物乳腺生物反应器。

　　操作大致过程为：获取目的基因→ 构建基因表达载体→显微注射导入哺乳动物受精卵中→形成胚胎→将胚胎送入母体动物→发育成转基因动物(只有在产下的雌性个体中，转入的基因才能表达)。

　　因为动物所有的体细胞都是由受精卵发育成的，故其乳腺细胞中含有重组基因并进行选择性表达，产生出抗凝血酶、血清白蛋白、生长激素等重要的医药产品。

　　4．蛋白质工程(protein engineering)

　　(1)概念：利用基因工程的技术，对天然蛋白质进行改造，以便获得具有理想生物学功能的蛋白质。

　　蛋白质工程可以创造新的、自然界不存在的蛋白质分子。

　　目前，蛋白质工程主要是改造现有的蛋白质，通过修改蛋白质中的氨基酸序列改进蛋白质的结构和构象，提高蛋白质的活性、稳定性和产率。

　　也可以利用基因工程改造蛋白质。如下方法：

　　预期蛋白质功能→设计预期的蛋白质结构→推测应有氨基酸序列→找到对应的脱氧核苷酸序列(基因)。

　　(2)与基因工程的关系

　　蛋白质工程是在基因工程的基础上发展起的，是第二代基因工程。

　　基因工程的实质：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，产生本不能产生的蛋白质，从而产生新性状。原则上只能生产自然界已存在的蛋白质。

　　蛋白质工程的目的：生产符合人们生活需要的并非自然界已存在的蛋白质。

　　二、基因工程的未

　　基因工程是一种新鲜的事物，也是一把“双刃剑”，人们对此会有不同的看法。只要科学地、合理地加以利用，相信基因工程一定会使我们的生活更美好。

　　纲举目张理清结构

　　基因工程的研究在动植物育种、人类疾病防治及生态保护方面取得了一定的成就，但科学家永不放弃研究，又致力于新的尝试，努力使基因工程为人类提供更大的帮助。

　　突破难点化解疑点

　　1．分析说明基因工程应用研究的实质。

　　探究发现：将一种生物的基因转移到另一种生物体内，后者可以生产它本不能生产的蛋白质，进而表现出新的性状。

　　基因工程可以发生在不同植物之间、不同动物之间以及微生物与动植物之间。目的基因位于微生物体内，可以转基因至植物或动物体内，如植物的抗性基因大多于细菌或病毒；目的基因位于动物体内，如动物的生长激素基因、胰岛素基因等可转移至细菌中大量生产；当然在植物与植物之间、动物与动物之间更容易发生。

　　不同的生物甚至亲缘关系比较远的生物之所以能发生基因重组，是由于各种生物基因的结构基本相同，在遗传上共用一套遗传密码。

　　我的发现

　　2．蛋白质工程与基因工程有何关系？

　　探究发现：简单地讲，蛋白质工程就是根据蛋白质的精细结构和生物活力的作用机制之间的关系，利用基因工程的手段，按照人类自身的需要，定向地改造天然的蛋白质，甚至于创造新的、自然界本不存在的、具有优良特性的蛋白质分子。蛋白质工程在诞生之日起就与基因工程密不可分。基因工程是通过基因操作把外基因转入适当的生物体内，并在其中进行表达，它的产品还是该基因编码的天然存在的蛋白质。蛋白质工程则更进一步根据分子设计的方案，通过对天然蛋白质的基因进行改造，实现对其所编码的蛋白质的改造，它的产品已不再是天然的蛋白质，而是经过改造的，具有了人类所需要的优点的蛋白质。天然蛋白质都是通过漫长的进化过程自然选择而的，而蛋白质工程对天然蛋白质的改造，好比是在实验室里加快了的进化过程，期望能更快、更有效地为人类的需要服务。

　　基因工程是遵循中心法则，从DNA→mRNA→蛋白质→折叠产生功能，基本上是生产出自然界已有的蛋白质。

　　蛋白质工程是直接改造天然蛋白质或按照以下思路进行：确定蛋白质的功能→蛋白质应有的高级结构→蛋白质应具备的折叠状态→应有的氨基酸序列→应有的碱基排列，可以创造自然界不存在的蛋白质。

　　我的发现

　　人体的营养和健康

　　选修本

　　第5课时人体的营养和健康

　　知识精华

　　1、营养物质功能

　　提供能量：糖类、脂肪、蛋白质均能氧化分解供能。

　　其供能的顺序：糖类、脂肪、蛋白质

　　蛋白质是构建和修复组织的主要原料

　　提供构建和修复物质：糖类和脂类是构成细胞膜和神经组织的重要部分

　　Ga 、 Mg、、、P是构成骨骼的主要成分

　　酶和一些激素是蛋白质

　　提供调节物质碘是甲状腺激素的主要成分

　　2、营养不良：

　　蛋白质供给不足，影响发育和抵抗力

　　营养供给不足缺钙影响骨的发育

　　缺维生素A会引起夜盲症

　　缺维生素C会引起坏血病

　　营养过剩：如获取能量过多，导致肥胖

　　摄取营养的种类、数量、比例符合实际需要

　　合理加工食物，减少营养素的损失，提高利用率

　　3、合理膳食：食物对人体无毒害且符合食品卫生要求

　　建立良好的饮食习惯和合理膳食制度

　　题例领悟

　　例1、下列属于人体构建和修复机体组织的物质，最全的一组是：

　　①水②脂类③糖类④蛋白质⑤纤维素⑥无机盐⑦维生素

　　A、①③④⑤⑦ B、①③④⑥⑦ C①②③④⑥ D、①②③④⑥⑦

　　解析：参与构建和修复人体组织的物质主要有水分、蛋白质、脂类、糖类和无机盐等。而纤维素是植物体细胞壁的主要组成成分；纤维素是调节机体生理功能的重要物质。答案：C

　　例2、下列各项中不是成人每天要进食一定量蛋白质的原因是：

　　A、蛋白质在人体内不能储存。

　　B、蛋白质不能全部由糖类和脂肪在体内转化而成。

　　C、蛋白质提供生命活动所需的大部分能量。

　　D、体内蛋白质每天要少量分解一些，更换新的。

　　解析：蛋白质作为生物不可缺少的重要物质，其虽可作为能源物质，但非主要的，体内物质供能的顺序依次为糖类、脂肪、蛋白质。

　　答案：C

　　自我评价

　　一、选择题：

　　1、下面关于人类营养的说法中，不正确的是：（）

　　A、由于蛋白质能参与各项生命活动，所以每天食物中以蛋白质含量最高为宜。

　　B、淘洗大米时次数不宜过多，以防止维生素B1的损失。

　　C、蔬菜应先洗后切，大火快炒，防止维生素C的损失。

　　D、食物加工既要防止生物污染，又要防腐剂等过量带来的化学污染。

　　2、人体血液中不可能出现（）

　　A、纤维素 B、红细胞 C、蛋白质 D、激素

　　3、某人由于营养不良，身体浮肿，其食疗补救措施是：（）

　　A、多吃蔬菜 B、多吃馒头 C、多喝豆浆 D、多喝水

　　4、1克糖类、脂肪和蛋白质在体内完全氧化分解所释放的能量分别是17。15千焦、38。91千焦和17。15千焦，由此可得出的结论是：（）

　　A、三者都可作为能源物质

　　B、蛋白质是主要的能源物质。

　　C、糖类是主要的能源物质

　　D、脂肪是主要的能源物质

　　5、下列哪一组疾病是营养不良引起的：（）

　　A、脚气病和坏血病 B、夜盲病和巨人症

　　C、糖尿病和软骨病 D、佝偻病和心脏病

　　6、一个健康的人若进食较多的糖和食盐，那么他排出的尿液中所含的葡萄糖和盐分的量：（）

　　A、盐增多，糖未增多 B、糖增多，盐未增多

　　C、两种都增多 D、两种都未增多

　　二、简答题：

　　7、根据所学习的知识，说明婴幼儿期蛋白质供应不足，会对其生长发育有何影响。

　　自我评价答案

　　一、选择题：

　　1、A；2、A；3、C；4、A；5、A；6、A。

　　二、简答题略

　　降低化学反应活化能的酶

　　第1节降低化学反应活化能的酶

　　●从容说

　　该节主要介绍了酶在细胞代谢中的作用、酶的本质以及酶的3个特性。本节在学生学习过初中生物学的基础上，创设了“问题探讨”的情境——200多年前科学家斯帕兰札尼有关探究鹰消化食物原理的著名实验，引导学生分析和讨论，明确在这个实验过程中酶起了重要作用。那么酶在细胞代谢中有何作用？教材安排了实验比较过氧化氢在不同条下分解速率快慢的实验，引导学生自己得出结论，从而切身体会到酶具有很高的催化速率，该实验还介绍了生物实验的常用方法，所以要特别注意理解掌握设计对照实验的原则——单一变量原则（只有一个实验条不同，其他的实验条都相同），从而确定实验结果的不同就是有该不同的条造成的。在学生获得感性知识的基础上，教材利用卡通式插图、图解和字叙述，指出酶能够显著降低化学反应所需的活化能。这种编排有助于引导学生学会确认和控制变量，有助于培养学生的科学探究能力。

　　关于酶的化学本质，教材没有平铺直叙地讲述，而是引导学生对有关资料进行分析。需要指出的是，巴斯德和李比希等科学家的观点都有正确的成分，但限于各种原因又都不够全面、准确。随着科学技术的不断进步，后的科学家对酶的本质不断获得新的研究成果。教材引导学生分析这些资料，这在培养学生继承、创新、实事求是和大胆实践等科学精神和态度方面，都具有重要的教育价值。至于酶的定义，教材要求学生在分析资料后自己进行归纳、总结和完善。这体现出教材在促进学生积极改变学习方式，力求培养学生主动建构知识的编写意图。本节资料分析后面的一段短，同样是意在结合本节的有关知识，培养学生具备正确的科学精神和态度。

　　关于酶具有高效性，教材是引导学生回忆上一节的实验现象以及联系自己的生活经验后得出的。关于酶具有专一性，教材是通过举实例和打比喻得出的。关于酶的第三个特性，教材设计了一个探究哪些因素影响酶活性的实验，让学生在探究后得出结论。本探究的实验指导提供了相关的背景知识，目的是便于学生提出所需探究的问题。在学生探究的基础上，教材配合两个曲线图，概括出酶的作用条较温和的结论。本节的“科学技术社会”，通过多个侧面，体现出酶与人类生活的密切关系，从而进一步开阔学生的眼界。

　　●三维目标

　　1.知识与技能

　　（1）细胞代谢的概念。

　　（2）酶的作用和本质。

　　（3）酶的特性。

　　（4）提高学生观察、分析、判断的思维能力，提高学生的实验操作能力。

　　2.过程与方法

　　（1）通过本节，让学生进行有关的实验和探索，学会控制自变量，观察和检测因变量的变化，以及设置对照组和重复实验。

　　（2）通过让学生了解酶的发现过程，使学生体会实验在生物学研究中的作用地位；通过讨论酶在生产、生活中的应用，使学生认识到生物科学技术与社会生产、生活的关系；体会科学、技术、社会之间相互促进的关系，进而体会研究生命科学价值。

　　（3）在实验能力提高的基础上，提高学生运用语言表达的能力和分享信息、分享实验成果的能力。

　　3.情感态度与价值观

　　（1）通过学习生物学家研究酶的本质的过程，激励学生学习科学家实事求是的科学态度和勇于探索的科学精神。

　　（2）通过实验探究影响酶活性的条，培养学生的探索精神、创新精神和合作精神。

　　●重点

　　1.比较过氧化氢酶在不同条下分解速率快慢的实验，并引导学生得出结论——酶的高效催化作用（酶的作用）。

　　2.酶的本质。

　　3.酶的特性。

　　●教学难点

　　1.酶的活化能降低的原理。

　　2.实验中控制变量的科学方法。

　　●教具准备

　　酶活性受温度、pH影响的示意图。

　　●时安排

　　3时

　　第一时酶的作用

　　●教学过程

　　［前准备］

　　教师准备实验器材，并设计好观察记录表；学生预习实验，掌握实验的原理并设计好实验的过程。

　　［情境创设］

　　人不吃饭行吗？食物进入人体内发生了怎样的变化？这些问题在现在说都已经十分清楚了。这些变化过程在其他生物中有没有呢？早在二百多年前科学家就对此进行了探索。

　　实验介绍：1783年意大利科学家斯帕兰札尼将肉块放在小巧的金属笼中，然后让鹰吞下，过了一段时间，将笼子取出，肉块不见了。

　　［师生互动］

　　问：（1）为何要将肉块放在笼子中？

　　答：排除了胃对肉块的物理性消化。

　　问：（2）对肉起消化作用的是什么物质？

　　答：一定是某些物质进入到金属笼中，使肉分解。现在已经知道这个能让肉分解的物质就是——酶。

　　问：（3）进行肉类消化的过程的条是怎样的？

　　答：进行分解肉的反应是在一种极温和的条下进行的。

　　问：（4）在实验室中能否也能让肉分解？能的话需要怎样的条？

　　答：实验室也能进行肉的分解，但是比起在生物体中说，需要高温、高压、强酸、强碱等剧烈的条才能进行。

　　总结：对于一个生物体说要进行的生理活动非常之多，构成生物体的每一个细胞内的物质需要不断地合成与分解，不断地处于自我更新的状态，而这种自我更新的过程完全依赖于细胞内发生的生物化学反应，每一个化学反应都伴随着能量的变化。细胞中全部有序的化学变化的总称就叫细胞代谢。

　　细胞生存的条是很温和的，那么细胞内数量如此巨大的生物化学反应如何在常温、常压、水溶液环境、pH接近中性的条下，迅速高效地进行呢？在化学反应中有没有提高化学反应的方法呢？

　　过氧化氢在不同条下的分解

　　实验前介绍：动植物在代谢中产生的过氧化氢，对机体是有毒的。机体通过过氧化氢酶，催化过氧化氢迅速分解成水和氧气而解毒。铁离子也可催化这一反应。

　　2H2O2 H2O＋O2

　　问：如何获得过氧化氢酶？

　　答：新鲜肝脏中含有较多的过氧化氢酶，所以新鲜肝脏研磨液含有较多的过氧化氢酶。

　　按以下实验步骤进行实验：

　　试管编号1234

　　实验原理过氧化氢在高温或Fe3＋或过氧化氢酶的作用下都可分解成水和氧气

　　第一步每支试管各加入2 mL 3%的H2O2溶液

　　第二步90 ℃热水浴用滴管加2滴

　　3.5%FeCl3溶液用滴管加2滴质量分数为20%肝脏研磨液

　　观察观察气泡冒出情况，并记录

　　现象无较多较多很多

　　将点燃的卫生香

　　放在液面上没变化火头变亮火头变亮复燃

　　原因没有生

　　成氧气生成了少量氧气生成了少量氧气生成了大量氧气

　　结论酶的催化效率比无机催化剂的催化作用更显著

　　对上述实验进行分析，对照实验的特点。

　　问：上述实验分成了1、2、3、4号四支试管，哪些是四支试管共同的条？两两比较不同的条有几个？

　　答：共同点：都在试管中加入2 mL H2O2溶液，都在相同的压力下进行。

　　不同点：1和2：只有温度不同；1和3：3多了2滴FeCl3溶液；1和4：4多了2滴肝脏研磨液；3和4：加入的催化剂不同。

　　问：1号试管没有加任何试剂，它起的作用是什么？

　　答：它起的是对照的作用。

　　结论：进行该实验的其他因素相同，而只有其中某一因素不同，观察其对实验结果的影响。如果结果不同，那么影响该结果的就是这一不同的因素。在上述实验3试管和4试管只有加入的催化剂不同，那么该实验的结果3放的氧气少，4放出氧气多就是因为加入到4号催化剂的催化效率比加入到3号的高。即酶具有高效性。

　　问：2和4试管现象基本相同，能否在生物体中也利用2的方法解毒？

　　答：不能。加热到这样的温度会造成生物的细胞死亡。

　　问：能否用同一滴管给3和4试管加FeCl3溶液和肝脏研磨液？

　　答：不能。共用滴管会让肝脏研磨液（或FeCl3溶液）残留在滴管内，难以判断出过氧化氢的分解是哪种滴加液的作用，影响实验结果的准确。

　　问：为何酶的催化效率会比无机催化剂更高呢？

　　答：酶降低了活化能。活化能就是分子从常态转化变为容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量。活化能越大，反应就越不容易进行，反之就容易进行。

　　［教师精讲］

　　在生物体中，生物体内的化学反应每时每刻进行着。以人为例：据估计人体细胞内每分钟大约要发生几百万次的化学反应，这么多的化学反应能在人体中顺利而迅速地完成，完全是靠酶的催化作用。它和无机催化剂相比，具有更高的催化效率。

　　酶在细胞内的物质变化过程中起着重要作用，这个作用是其他物质无法代替的。它降低了化学反应中的活化能，而自身却没有发生变化，所以是一种催化剂。它是细胞内产生的，所以它也是细胞中具有高效催化效率的生物催化剂。它的作用就是降低活化能。

　　［评价反馈］

　　1.选用新鲜肝脏比较过氧化氢在不同的条下分解的实验，是因为新鲜的肝脏中

　　A.含Fe离子多

　　B.含酶的种类多

　　C.温度高

　　D.过氧化氢酶多且活性高

　　2.在医院常用双氧水作为身体出现小伤口的消毒用药，能观察到什么现象吗？试解释该现象。

　　参考答案：

　　1.D 2.能看到伤口有气泡产生。原因是人体细胞中产生的酶将双氧水分解成了水和氧气。

　　［堂小结］

　　［布置作业］

　　1.查资料：催化剂之所以能加快化学反应，它的作用原理是什么？

　　2.预习P81的资料分析，说出酶的研究过程。从这些过程中你得到了什么启示？

　　［后拓展］

　　1.酶—底物复合物的形成及诱导契合假说

　　酶与底物相互接近时，其结构相互诱导、相互变形和相互适应，进而相互结合。这一过程为酶－底物结合的诱导契合假说。

　　2.酶促反应的机制

　　（1）邻近效应与定向排列：两种或数种底物分子在酶活性中心聚集、特异结合，使活性中心的底物浓度增加；底物受催化攻击部位对准活性中心的催化基团，可增加催化效率。

　　（2）多元催化：一种酶常兼有酸、碱双重催化作用，发生多个功能基团的协同作用，提高酶的催化效率。

　　（3）表面效应：酶的活性中心提供的疏水环境可排除水分子对各功能基团的干扰性吸引或排斥，防止底物与酶之间形成水化膜，利于酶与底物结合。

　　●板书设计

　　第5 细胞的能量供应和利用

　　第1节降低化学反应活化能的酶

　　第一时酶的作用

　　细胞代谢：细胞内全部的化学反应。

　　酶的作用：降低活化能更显著，催化效率更高。

　　●习题详解

　　一、问题探讨（本P78）

　　1.这个实验要解决的问题是：鸟类的胃是否只有物理性消化，没有化学性消化。

　　2.是胃内的化学物质——酶将肉块分解了。

　　3.收集胃内的化学物质，将肉块放入这些物质中，看看这些物质在体外是否也能将肉块分解。

　　二、本节聚焦（本P78）

　　1.因为细胞内每时每刻都进行着大量的生化反应，而这些反应都需要在相对温和的条下进行，只有酶才能满足这样的要求。

　　2.绝大多数酶都是蛋白质，它是活细胞产生的具有催化作用的有机物。

　　3.通过实验进行研究。其中有重要贡献的科学家有巴斯德、李比希、毕希那、切赫等。

　　三、实验（本P79）

　　1.2号试管放出的气泡多。这一现象说明加热能促进过氧化氢的分解，提高反应速率。

　　2.不能。

　　3.说明FeCl3中的Fe3＋和新鲜肝脏中的过氧化氢酶都能加快过氧化氢分解的速率。

　　4.4号试管的反应速率比3号试管快得多。说明过氧化氢酶比Fe3＋的催化效率高得多。细胞内每时每刻都在进行着成千上万种化学反应，这些化学反应需要在常温、常压下高效率地进行，只有酶能够满足这样的要求，所以说酶对于细胞内化学反应的顺利进行至关重要。

　　●备资料

　　1.活化能

　　非活化分子转变为活化分子所需吸收的能量。温度对反应速率有显著影响。在多数情况下，其定量规律可由阿伦尼乌斯公式描述：

　　κ=Ae－E/RT（1）

　　式中κ为反应的速率系（常）数；E和A分别称为活化能和指前因子，是化学动力学中极重要的两个参数；R为摩尔气体常数；T为热力学温度。对于更为复杂的描述κ与T的关系式中，活化能E定义为：

　　E=RT2（dlnκ/dT）（2）

　　在元反应中，并不是反应物分子的每一次碰撞都能发生反应。S.A.阿伦尼乌斯认为，只有“活化分子”之间的碰撞才能发生反应，而活化分子的平均能量与反应物分子平均能量的差值即为活化能。近代反应速率理论进一步指出，两个分子发生反应时必须经过一个过渡态——活化络合物，过渡态具有比反应物分子和产物分子都要高的势能，互撞的反应物分子必须具有较高的能量足以克服反应势能垒，才能形成过渡态而发生反应，此即活化能的本质。

　　2.降低反应的活化能（activation energy）原理的假说

　　（1）中间产物学说

　　在酶催化的反应中，第一步是酶与底物形成酶－底物中间复合物。当底物分子在酶作用下发生化学变化后，中间复合物再分解成产物和酶。

　　E＋S E－S P＋E

　　许多实验事实证明了E－S复合物的存在。E－S复合物形成的速率与酶和底物的性质有关。电子显微镜的观察结果、X射线晶体结构分析、酶与底物反应前后光谱特性分析、酶的溶解度变化、酶与底物的共沉降，获得E－S复合物结晶都可证明中间产物的存在。

　　（2）邻近效应（proximity effect）和定向效应（orientation effect）

　　邻近效应在酶促反应中，由于酶和底物分子之间的亲和性，底物分子有向酶的活性中心靠近的趋势，最终结合到酶的活性中心，使底物在酶活性中心的有效浓度大大增加的效应。

　　定向效应：当专一性底物向酶活性中心靠近时，会诱导酶分子构象发生改变，使酶活性中心的相关基团和底物的反应基团正确定向排列，同时使反应基团之间的分子轨道以正确方向严格定位，使酶促反应易于进行。以上两种效应使酶具有高效率和专一性特点。

　　（3）酶使底物分子中的敏感键发生变形（distortion）

　　酶－底物复合物形成时，酶分子构象发生变化，底物分子也常常受到酶的作用而发生变化，甚至使底物分子发生扭曲变形，从而使底物分子某些键的键能减弱，产生键扭曲，有助于过度态的中间产物形成,从而降低了反应的活化能。

　　（4）多功能催化作用

　　酶的活性中心部位，一般都含有多个起催化作用的基团，这些基团在空间有特殊的排列和取向，可以对底物价键的形变和极化及调整底物基团的位置等起到协同作用，从而使底物达到最佳反应状态。

　　微生物发酵及其应用

　　《微生物发酵及其应用》设计与案例

　　目标的确定

　　与本节对应的课程标准具体内容是“举例说出发酵与食品生产”，而本节标题定为《微生物发酵及其应用》。事实上，微生物发酵在现实生活中远远超出了食品工业的范畴。因此，本节内容一开始时并没有局限于食品生产，而是从比较大的视角──发酵工程史话引入，然后探秘发酵过程，再举例说出发酵与食品生产的关系。为此，本节主要目标确定为：通过了解发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三者间的关系；说出微生物发酵生产的基本过程；举例说出微生物发酵与食品生产的关系；关注与微生物发酵有关的社会问题等。教学设计思路

　　教学实施的程序

　　教学

　　内容教学活动教学手段和方法预期目标

　　1.复习提问，引入新课。师：同学们在初中时学习过微生物发酵与食品，我们的日常生活中也接触到许多发酵食品，请同学们思考这样一个问题：哪些食品是由微生物发酵生产的？相应的发酵种类是什么？

　　生：酸奶、泡菜，它们都是乳酸发酵。

　　师：很好！还有其他食品吗？想一想，我们每天吃的主食有通过发酵制作的吗？

　　生：馒头、面包。

　　师：对，实际上，我们经常食用的许多食品，以及使用的一些药品，它们的生产过程都离不开微生物发酵。那么，微生物发酵是如何发展起来的？其生产过程怎样？它还可应用在哪些方面？现在我们就一起来解答这些问题。学生很可能回答不全，教师可提示。

　　投影或板书：第一节微生物发酵及其应用联系日常生活的实例，在回忆旧知识的基础上，引入新课，以激发学生的学习兴趣，强化从社会中来的意识。

　　2.新课──发酵工程史话的学习。师：现在人们能够利用微生物发酵来大规模地生产食品、药品等许多产品，那么，人们今天的成绩是如何一步步取得的呢？下面我们先来学习第一个问题：发酵工程史话。

　　首先，请大家阅读教材发酵工程史话标题下的第一自然段。

　　从这段文字的叙述中，能够看出，人类的祖先很早就会在不知微生物发酵原理的情况下，利用微生物发酵技术来生产多种产品，这个方面还有我们中华民族的贡献。由此可见，发酵技术是从生产实践中一步步产生的。

　　师：下面请同学们继续阅读第二自然段。

　　第二自然段的核心内容是，随着两位科学家研究出发酵现象的本质和人们对微生物的认识不断深入后，诞生了传统的发酵工业。这充分说明了发酵技术需要基础科学研究的指导，即科学研究促进了技术的发展。

　　师：好，请大家继续阅读后四个自然段的内容。从中能够看出，发酵技术随着时代的发展而不断向前发展，从传统的发酵工业到现代发酵工业，再到微生物工程，它不仅成为生物技术产业的重要支柱，而且和基因工程技术的结合使它如虎添翼。由此看来，生物技术产业的核心是技术，同时科学技术又是一个不断发展的过程。投影或板书：

　　一、发酵工程史话

　　学生先阅读教材相应的段落，教师就此段落提炼出有关科学价值观的教育素材自然过渡到发酵工程史话。

　　让学生体验科学技术是从生产实践中产生的。

　　让学生体验技术需要以基础科学研究作指导，科学、技术间存在相互作用。

　　让学生认同生物技术产业的核心是技术，以及科学技术是一个不断发展的过程。

　　3.新课──发酵生产过程探秘。师：在很多家庭的日常生活中，味精是不可缺少的调味品，那么，你知道它的化学成分是什么吗？

　　生：谷氨酸钠。

　　师：对！有人认为食用味精对人体有毒害作用，从生物学的角度，你如何看待这个问题？

　　生：味精是谷氨酸的一种钠盐，食用后在体内能分解成谷氨酸，而谷氨酸是人体的一种必需氨基酸，所以食用味精对人体不会有毒害作用。

　　师：非常好！适当添加味精对人体无害，且能增添菜肴的鲜味。我国已成为国际上味精生产大国，年产约6.5×105 t。你想知道味精是怎样在现代化的工厂中生产出来的吗？请大家翻到教科书P76～77。现代发酵工业的生产过程非常复杂，为避繁就简，突出主干，教科书用流程图来展示发酵的基本过程。为便于同学们的理解，我们以味精生产为例，来探秘它的发酵生产过程。

　　味精生产的第一步是选育出能产生谷氨酸的细菌菌种，如谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等。这些细菌先是从自然界中分离出来的，再用诱变、基因工程等现代生物技术处理，便可得到高产的菌种。

　　由于谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌是细菌，其同化作用类型是异养型的，所以要大量培养这些细菌，就需根据细菌的代谢特点配制相应的培养基。培养基如何配制可参看教科书中关于配制培养基的解释。

　　由于生产中要采用单一菌种发酵，整个发酵过程不能混入其他微生物（杂菌），所以生产味精的培养基和发酵设备必须经过严格的灭菌，并进行无菌操作。

　　在味精生产过程中，由于发酵罐的体积很大，需要的菌种（种子）量就多。为提高发酵罐中的发酵效率，缩短生产时间，要把谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌的菌种，经过培养，达到一定数量后，才能接入到发酵罐中，即要先经过扩大培养后再接种。

　　当谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌的菌种接入发酵罐后，这些细菌就会利用罐内培养基中的营养物质大量繁殖，同时产生大量的谷氨酸。为使发酵过程处于最佳状态，现代化的味精生产企业，其发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的各种条件严格控制，以大幅度地提高生产率。需要说明的是，谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌均是好氧菌，因此，发酵过程中要不断地通入无菌空气，以满足它们生长繁殖的需要。

　　在温度为30～37 ℃、pH为7～8的条件下，经28～32 h，发酵罐内的培养液中就会生成大量的谷氨酸，随后，将谷氨酸从培养液中分离出来，用适量的Na2CO3溶液中和（形成谷氨酸钠结晶）后，再经过过滤、浓缩、离心分离等步骤，便成了味精。这便是味精生产的最后一步，即分离、提纯产物，获得产品。投影或板书：

　　二、发酵生产过程探秘──以味精生产为例

　　由于这部分内容学生较陌生，因此以教师讲解为主。

　　板书：1.菌种的选育：如谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等

　　板书：2.培养基的配制：水、无机盐、碳源、氮源、生长因子等

　　板书：3.灭菌：去掉杂菌

　　板书：4.扩大培养和接种：先大量培养谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌的菌种，再将菌种接入发酵罐

　　板书：5.发酵罐内发酵：由计算机控制系统控制条件

　　板书：6.分离、提纯产物

　　→产品：谷氨酸→谷氨酸钠让学生了解发酵生产的基本过程。

　　4.新课──发酵与食品生产。

　　师：正因为人们对微生物发酵生产的过程研究得非常透彻，所以现在我们能利用微生物发酵技术来生产多种产品。请大家翻到教科书P77，看讨论专栏，4个同学一组来完成这个讨论。

　　师：哪个小组愿意把自己讨论的结果和大家交流？

　　生：馒头、面包、泡菜等是直接由微生物发酵生产的。味精、醋、酱油等是经发酵生产的食品添加剂。

　　师：很好！实际上发酵与食品生产的关系最为密切，其产品远远超过同学们现在所知的。如想进一步了解，请阅读教科书P78的内容。投影或板书：

　　三、发酵与食品生产

　　先给学生5 min完成讨论，再让2～3个组的学生发言。让学生感到要学习的内容离自己很近，激发起学生的学习兴趣。

　　让学生体验科学、技术、社会三者间的关系。

　　5.小结及布置调查活动。师：今天这节课我们学习了有关微生物发酵及其应用的内容，大家应了解微生物发酵生产的基本过程，同时能举例说出微生物发酵与食品生产的关系。我们应该利用所学的知识去关注微生物发酵在社会中的应用，为此，请大家利用课余时间完成一个调查活动，调查活动的内容和要求见教科书P78“到社会中去”栏目，大家可根据自己的兴趣和条件任选一个题目去调查，调查完成后，写一份调查报告，供大家交流。

　　感兴趣的学生可以个人或小组合作，选择一个内容去调查。最终完成的调查报告，经教师评价后，张贴出来，办一个专栏供大家参观。

　　为学生构建一个学以致用的平台，同时唤起学生关注社会的意识。

　　人口增长对生态环境的影响

　　第1节人口增长对生态环境的影响

　　一、目标

　　1.描述我国的人口现状与前景。

　　2.探讨人口增长对生态环境的影响。

　　3.关注我国人口增长过快带来的问题。

　　4.运用资料搜集与分析的方法，了解人口增长过快给当地生态环境带来的影响。

　　二、重点和难点

　　探讨人口增长对生态环境的影响。

　　三、教学方法

　　探讨法，讲述法

　　四、课时安排

　　五、教学过程

　　〖章引入〗学生阅读P117。

　　〖节引入〗以“问题探讨”引入，学生思考讨论回答，师提示。

　　〖提示〗1.假如置身于图中，就会感到自己和他人不仅行动受到了很大的限制，而且正常的生理活动和心理活动也受到了很大的影响，从而感受到每个人都需要有一个合理的生存空间。

　　2.从表面上看，是由于人口在某一地区过于集中；从根本上看，是由于人口增长过快以及人口流动过于集中。

　　3.实际情况是，地球上有些地区已经达到或接近达到“人满为患”的程度，而不能说整个地球因人口膨胀而超载了。这是因为从整体上看，全球总人口（1999年10月12日世界人口达到60亿）尚未达到全球能够承载的总人口（对于地球的人口承载能力，目前世界各国的研究部门尚无一致的估算，已有的估算数字为75亿至500亿）。

　　〖问题〗“种群数量的变化”一节中种群数量增长的有两种方式，人口增长是接近哪一种增长方式呢？为什么？

　　〖提示〗如果一种生物没有了天敌，而食物供应又比较充足，它就会过度繁殖，数量呈“J”型几何级数增长。数百年来，人口的增长就是这样的情景。

　　〖问题〗以“本节聚焦”再次引起学生的思考。

　　〖板书〗一、我国的人口现状与前境

　　〖资料分析〗学生思考回答，教师提示。

　　〖提示〗1.我国人口急剧增长的主要原因是：出生率较高和逐渐下降的死亡率，形成了巨大的“落差”，从而使人口增长加快；人口基数过大也是原因之一。

　　2.人是生物界中的一员，所以，生物种群消长规律有适用于人口增长情况的一面。但是，人不同于一般的生物：人具有特别发达和善于思维的大脑；具有制造工具和能动地调控人口增长以及能动地改造和保护自然的本领，等等。所以，生物种群的消长规律不完全适用于人口增长的情况。

　　〖板书〗二、人口增长对生态环境的影响

　　〖学生活动〗学生阅读P119～122，回家完成“资料收集与分析”。

　　〖想像空间〗学生思考讨论回答，老师提示。

　　〖提示〗将会因学生过多和教师、教室以及教学设备等过少而明显影响学生的学习效果，还会因学生过多而使教室内空气流通不好、光线不足和过于拥挤等，影响学生的身体健康和心理健康。

　　〖小结〗略。

　　〖作业〗练习一二。

　　〖提示〗

　　基础题

　　1.D。

　　2.“现在的人，有五个孩子都不算多，每个孩子又各有五个孩子。爷爷活着的时候，就有二十五个孙辈了。这就造成了社会上的人口多而物资少，虽然辛勤劳作，生活用品却依然匮乏”。这句话反映出作者的忧虑：如果不节制人口增长，将会对家庭和社会增加沉重的负担。

　　拓展题

　　1.近5年来“世界环境日”的主题分别是：“拯救地球就是拯救未来”（1999年）；“环境千年，行动起来”（2000年）；“世间万物，生命之网”（2001年）；“让地球充满生机”（2002年）；“水──20亿生命之所系”（2003年）。这些主题都与生态环境（影响人类与其他生物生存和发展的一切外界条件的总和）有着直接的关系，所以说它们都与人口增长有关。

　　倡导绿色消费

　　j.Co M

　　学科网

　　第4节倡导绿色消费

　　【学习目标】

　　1.简述绿色消费的兴起,说出绿色消费的概念。

　　2.评价自己的消费行为,认同有利于环境保护的消费行为。

　　3.参与倡导绿色消费的宣传活动。

　　【学习过程】

　　1.学生生搜集资料，上网搜查：什么是绿色消费？

　　2.学生探讨哪些行为是不符合绿色消费的观念。

　　3.（1）什么是绿色消费呢？

　　绿色食品：绿色消费是指消费行为不仅满足我们这一代人的消费需求、安全和健康需要，还要满足后代的消费需求、安全需要。

　　（2）绿色消费有哪些层次？

　　（1）倡导效果费者选择未被污染或有助于健康的绿色食品。

　　（2）消费过程中要注重对垃圾的处置，不造成环境污染。

　　（3）引导消费者转变观念，在崇尚自然、追求生活舒适的同时，注重环保、节约资源和能源。

　　（3）绿色消费概括成5R，它们是什么？

　　节约资源,减少污染；绿色生活，环保选购；重复利用，多次利用；分类回收，循环再生；保护自然，万物共存。

　　4评价自己的消费行为，学生探讨并填表。

　　序号生活现象是否相近

　　A1习惯于把还可以书写的纸收集起来，以便重新利用。是否

　　A2在洗衣服的时候，基本上是使用肥皂或无磷洗衣粉。

　　A3在购物时，总是提醒家人，即使价格贵一些，也要买一些带有绿色环保标志的商品。

　　A4同学和朋友中，如果有人拥有流行、时尚的衣服、鞋帽，自己也要想方设法去购买。

　　A5 一般较少利用一次性的制品，如一次性的圆珠笔、牙膏、牙刷、筷子、饭盒、纸杯等。

　　A6较多使用普通电池，较少使用可充电电池。

　　A7不仅自己会把旧电池放在制定的回收处，还提醒周围的人这样做。

　　A8平常在帮家里买东西的时候，总是用商家提供的塑料袋，很少自带布袋子。

　　A9在郊外或外出旅游时，不自备饮水，而是购买包装饮料。

　　A10即使某些野生动物现在能够人工饲养了，自己也不吃这些野生动物。

　　【随堂练习】

　　1.有些人认为,吃天然的食物、穿天然的绿色衣物，就是绿色消费，这种说法对么？为什么？

　　A．对，因为绿色消费就是消费绿色。

　　B．对，绿色消费就是吃大自然的食物。

　　C．不全面，人们曲解了绿色消费的概念。

　　D．不对，绿色消费事人们观念上的事情。

　　2.绿色消费有几层含义：

　　A．4

　　B．5。

　　C．2。

　　D．3。

　　第2节生长素的生理作用

　　一、目标

　　1.概述植物生长素的生理作用。

　　2.尝试探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度。

　　二、重点和难点

　　1.教学重点

　　生长素的生理作用。

　　2.教学难点

　　探究活动：探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度。

　　三、课时安排

　　四、教学过程

　　〖引入〗以“问题探讨”引入，生思考回答师提示。

　　〖提示〗1.不同。如图所示，对于根来说，最适浓度大约是10-10 mol/L；对于芽来说，最适浓度大约是10-8 mol/L；而对于茎来说，最适浓度大约是10-4 mol/L。

　　2.不同的生长素浓度，对于同一器官所起的作用也不同。在一定浓度范围内促进生长，超过这一范围则抑制生长。

　　〖问题〗以“本节聚焦”再次引起学生的思考注意。

　　〖板书〗一、生长素的生理作用

　　生长素可以促进雌花的形成、单性结实、子房壁的生长；维管束的分化、形成层活性；叶片的扩大；不定根、侧根的形成；种子的生长、果实的生长、座果；伤口的愈合；顶端优势。同时可以抑制花、果实、幼叶的脱落；侧枝的生长；块根的形成等。

　　〖讲述〗从细胞水平上看，生长素可以影响细胞的伸长、分裂和分化。从器官水平上看，生长素可以影响器官的生长、成熟和衰老。

　　生长素发挥的生理作用，会因浓度、植物的种类、器官、细胞的年龄不同而有差异。一般情况下，生长素在低浓度时促进生长，浓度较高时则抑制生长，浓度过高甚至会杀死细胞。对于同一植物不同器官来说，一般营养器官比生殖器官敏感；根比芽敏感，芽比茎敏感，幼嫩细胞敏感，衰老细胞迟钝。双子叶植物一般比单子叶植物敏感。

　　关于植物为什么会有顶端优势现象，目前主要存在两种假说。

　　教材中介绍的是“生长素学说”，即认为是顶芽合成的生长素极性运输到侧芽处，从而抑制侧芽的生长。这个学说是由K.V.Thimann和F.Skoog于1924年提出的，许多实验支持该学说。

　　另一种解释是1900年K.Goebel提出的“营养学说”。该假说认为顶芽构成营养库，垄断了大部分营养物质，侧芽由于缺乏营养物质而生长受抑制。这个学说也有不少支持的证据。

　　〖介绍〗α-萘乙酸（NAA）、2,4-D、生根粉

　　NAA是具有生长素类活性的萘类植物生长调节剂，广泛用于组织培养体系，可以诱发不定根形成，提高树木扦插成活率，提高座果率，防止采前落果。它具有与IAA不同的环状结构，但其侧链与IAA相同，比IAA稳定，因此常代替IAA使用。

　　2,4-D的化学名称是2,4-二氯苯氧乙酸，它是一种除草剂，现在广泛应用于无菌培养体系，用于诱导细胞增殖。2,4-D除了作为除草剂之外，它最显著的用途是引起脱分化和未组织化的细胞生长，另外，它还具有使幼苗矮化粗壮的功能。但2,4-D能够引起染色体变异，使用时必须格外小心。

　　生根粉是一类可以用来促进插条生根的复合型植物生长调节剂。可溶解于酒精或水，一般以生长素类物质为其主要有效成分，如ABT生根粉（商品名称艾比蒂生根粉）就含有萘乙酸和吲哚乙酸等。它的主要作用是：能提供插条生根所需的生长促进物质，能促进插条内源激素的合成，能促进一个根原基分化形成多个根尖，以诱导插条不定根的形态建成。

　　〖板书〗二、尝试运用生长素促进插条生根

　　〖探究实验〗（有可能按下面指导做）

　　在上节课结束时，应布置学生预习探究活动“探索生长素类似物促进插条生根的最适浓度”的指导，并准备好实验用具，如杨树枝条、矿泉水瓶等。教师如果能提前做本探究活动的预实验，可避免人力、物力、财力和时间的浪费，也可做到心中有数，有的放矢。

　　（一）材料用具的准备

　　1.实验材料

　　可以用杨、加拿大杨、月季等的枝条。

　　2.实验用具：天平、量筒、容量瓶、烧杯、滴管、试剂瓶、玻璃棒、木箱或塑料筐（下方带流水孔）、盛水托盘、矿泉水瓶。

　　3.插条选择

　　插条质量和规格对探究实验效果影响很大。大树上的1～2年生枝条，可以作为扦插的材料，但以1年生苗木为最好（1年或2年生枝条形成层细胞分裂能力强、发育快、易成活）。实验表明，插条部位以种条中部剪取的插穗为最好，基部较差，梢部插穗仍可利用。实验室用插穗长5～7 cm，直径1～1.5 cm为宜。由于一个年级几百名学生同时用枝条，要适当考虑对树木的保护。

　　扦插枝条的处理：

　　（1）枝条的形态学上端为平面，下端要削成斜面，这样在扦插后可增加吸收水分的面积，促进成活。

　　（2）每一枝条留3～4个芽，所选枝条的芽数尽量一样多。

　　（二）实验设计

　　1.选择生长素类似物：2，4-D或α-萘乙酸（NAA）等。

　　2.配制生长素类似物母液：5 mg/mL（用蒸馏水配制，加少许无水乙醇以促进溶解）。

　　3.设置生长素类似物的浓度梯度：用容量瓶将母液分别配成0.2、0.4、0.6、0.8、1、2、3、4、5 mg/mL的溶液，分别放入小磨口瓶，及时贴上相应标签。NAA有毒，配制时最好戴手套和口罩。

　　剩余的母液应放在4 ℃保存，如果瓶底部长有绿色毛状物，则不能继续使用。

　　4.枝条处理方法：浸泡法和沾蘸法

　　建议各小组采用不同方法进行实验。浸泡法也可设置不同的浸泡时间。应该鼓励学生设计多种方案，以便交流，资源共享。

　　（三）探究活动

　　1.提出问题